يمثل تلوث الأغشية أو انسداد أغشية تنقية المياه الصناعية تحديًا خطيرًا في عمليات الأغشية مثل التناضح العكسي (RO)، والترشيح الدقيق (MF)، والترشيح النانوي (NF) والترشيح الفائق (UF). بالطبع تلوث الأغشية ظاهرة لا مفر منها، ولكن السؤال هو ما هي علامات وأعراض تلوث الأغشية وما هي التدابير الوقائية التي يمكن لمنع تلوث الأغشية اتخاذها ؟ وفي هذا المقال، نعتزم الإجابة على هذين السؤالين بالتفصيل. ولنتعرف أيضاً على مفهوم الترسيب والعوامل المؤثرة في الترسيب الغشائي .
ماذا يعني الترسيب في الأغشية؟
تستخدم أنظمة الترشيح الغشائي، بما في ذلك الترشيح الدقيق (MF)، والترشيح الفائق (UF)، والترشيح النانوي (NF)، والتناضح العكسي (RO) أغشية نصف منفذة لإزالة الملوثات من تيار التغذية، وتيار متخلل وتنتج مركزات. ونتيجة لزيادة تدفق التغذية، يزداد تركيز الملوثات على سطح الغشاء إلى درجة أن بعضها يترسب على سطح الغشاء ويحد من تدفق السائل عبر الغشاء. وتسمى هذه الرواسب قاذورات.
في الواقع، تلوث الغشاء هو عملية يتم خلالها ترسيب أو امتصاص الجزيئات الغروية أو الجزيئات الكبيرة القابلة للذوبان على مسام الغشاء أو سطحه، ونتيجة لذلك، فإنها تؤدي إلى زيادة مقاومة الماء الذي يمر عبر الغشاء. يمكن أن يؤدي التلوث أو الانسداد إلى انخفاض كفاءة الغشاء، وزيادة تكاليف الصيانة، وحتى فشل الغشاء.
أسباب تلوث الغشاء
السبب الرئيسي لتلوث الغشاء هو المركبات التي لا يمكنها المرور عبر الغشاء وتترسب على سطح الغشاء تحت الضغط الناتج عن القوة الدافعة للمضخة. وتسمى هذه المركبات الملوثة. يتم تصنيف هذه الرواسب اعتمادًا على نوع العامل المترسب أو المادة الفاسدة، ومن أكثرها شيوعًا ما يلي:
الترسيب بواسطة المركبات المعدنية (التحجيم)
يمكن أن تكون مواد مثل الكالسيوم والمغنيسيوم والباريوم والسيليكا والكبريتات والكربونات وما إلى ذلك مشبعة بدرجة عالية على سطح الغشاء وتترسب على سطح الغشاء مع تكوين بلورات. يؤدي تكوين هذه الرواسب المعدنية إلى تقليل كفاءة الغشاء. يعد استخدام محلول حمضي ذو درجة حموضة منخفضة عملية تنظيف شائعة لإزالة هذه الرواسب من سطح الغشاء. ولكن في حالة وجود رواسب السيليكا أو الكبريتات، سيكون تنظيفها أكثر صعوبة ويتطلب تقنيات مختلفة وأكثر تخصصًا.
هطول بواسطة الجسيمات الغروية
يجب إزالة المركبات الغروية، والتي عادة ما تكون موجودة في شكل مواد صلبة معلقة في مياه التغذية، في عمليات المعالجة المسبقة، وإلا فإنها سوف تترسب على سطح الغشاء وتسبب التلوث. ونتيجة لذلك، فإنها تسد قنوات التغذية وتخلق مشاكل للأغشية. ومن المواد الصلبة العالقة التي قد تسبب ذلك الحديد والألومنيوم والمنغنيز والطين والطمي وغيرها.
قاذورات عضوية أو عضوية
يمكن للمواد العضوية الطبيعية الموجودة في الماء أن تسبب رواسب على سطح الغشاء أو فاصل تغذية لعنصر RO. بالإضافة إلى القاذورات العضوية، تعتبر مواد التخثر (أو عوامل التكتل) والمواد الكيميائية المستخدمة في عمليات المعالجة المسبقة أمثلة أخرى على عوامل القاذورات في الأغشية. عادة، تتم عملية تنظيف المواد العضوية باستخدام محلول قلوي ذو درجة حموضة عالية. في بعض الأحيان، قد تكون هناك حاجة إلى طريقة تنظيف أكثر تخصصًا.
الحشف أو الانسداد البيولوجي، الحشف الحيوي
يمكن أن تنمو المواد البيولوجية، بما في ذلك البكتيريا والحمأة العضوية، على سطح الأغشية وتتسبب في انخفاض تدفقات التغذية والقناة المتخللة. في الواقع، يتشكل الحشف الحيوي على الأغشية عندما لا يتم تطهير المياه بشكل صحيح قبل دخولها إلى نظام المعالجة. لكن هذا العامل وحده لن يسبب الحشف الحيوي الشديد. هناك عامل آخر يؤدي إلى تفاقم التلوث البيولوجي وهو وصول البكتيريا والكائنات الحية الدقيقة إلى الطعام. لذلك، بالإضافة إلى وجود البكتيريا الحية بسبب سوء التطهير، يجب أن يكون هناك ما يكفي من المركبات العضوية في مياه التغذية حتى يحدث هذا التلوث على نطاق واسع!
علامات تلوث الغشاء
المشاكل الناجمة عن تلوث الأغشية قد تظهر تدريجيا أو فجأة. قد يظهر كل نوع من أنواع القاذورات أعراضًا مختلفة في تشغيل نظام معالجة المياه الصناعية. لكن بشكل عام، علامات تلوث الأغشية هذه إلى 3 أنواع: يمكن تقسيم
- انخفاض الإنتاج أو انخفاض حجم المياه النقية
- زيادة انخفاض الضغط على جانبي الأغشية
- تقليل جودة المياه المتخللة المنتجة
قد تظهر علامات تلوث الأغشية بكثافة وتسلسل مختلفين اعتمادًا على نوع التلوث. كما يمكن ملاحظة هذه الأعراض تدريجيًا خلال بضعة أشهر أو بشكل مفاجئ خلال بضعة أسابيع. وبناء على هذه الشروط والاختلافات يمكن التعرف على نوع التلوث والترسيب المتكون على الأغشية بتخمين مقبول.
زيادة هبوط الضغط
يشير انخفاض الضغط إلى فرق الضغط بين التغذية والتيار المكثف لعنصر أو بيرشيروسيل. عندما تتسخ الأغشية، تعمل هذه الأوساخ على سد فاصل التغذية الخاص بالعنصر وتمنع مرور مياه التغذية من خلاله، ونتيجة لذلك، يزداد انخفاض الضغط عبر الغشاء. إذا تجاوز انخفاض الضغط في النظام حدًا معينًا، فإنه يسبب ضررًا خطيرًا وغير قابل للإصلاح للغشاء، مما يؤدي في النهاية إلى استبدال غشاء تنقية المياه .
اقرأ أيضًا: حان وقت استبدال غشاء فلتر المياه
انخفاض معدل التدفق
إذا التصقت الرواسب بسطح الغشاء الموجود داخل العنصر، فإنها تخلق مقاومة في اتجاه تدفق المياه المارة عبر الغشاء، ونتيجة لذلك، عند ضغط تشغيل ثابت، يزداد حجم الماء المتخلل الناتج لكل وحدة زمنية الانخفاض، وهو ما يسمى أيضًا “خسارة الإنتاج”. ولذلك، سوف تكون هناك حاجة إلى ضغط تشغيل أعلى لإنتاج الكمية المطلوبة من المياه المتخللة. عندما يزداد ضغط التشغيل بشكل حاد أو يكون لديه اتجاه متزايد مع مرور الوقت، يمكن عادة الاشتباه في حدوث قاذورات ويمكن اتخاذ تدابير التنظيف.
زيادة تركيز المواد المذابة في التدفق
علامة أخرى على تلوث الأغشية هي زيادة تركيز المواد المذابة في الماء النقي. يمكن أن تنشأ هذه المواد المذابة من الترسيب على سطح الغشاء. في مثل هذه الحالة، تزداد بشكل واضح معلمة TDS أو EC للمياه المتخللة المنتجة، مما يشير إلى زيادة في تركيز المواد المذابة في المياه المتخللة المنتجة.
التغير في نوعية المياه النقية
غالبًا ما يكون انخفاض جودة المياه علامة على تلوث الأغشية. يتم فحص هذه التغييرات باستخدام معلمة التوصيل الكهربائي أو EC للمياه النقية. وبطبيعة الحال، قد يكون انخفاض جودة المياه في بعض الأحيان بسبب التغيرات في نوعية مياه التغذية ودرجة الحرارة. إذا أظهر الغشاء رفضًا سيئًا للملح وضغط تشغيل مرتفعًا (أو انخفاض الضغط) في نفس الوقت، فقد يكون الغشاء متقشرًا. ونتيجة لذلك، قد تحتاج إلى عمليات استرداد أقل للنظام، أو تعديلات على جرعة الحقن المضادة للتكلس، أو تدابير معالجة مسبقة أفضل.
ظهور علامات تكوين قاذورات على الأغشية
في بعض الأحيان، قبل أن يصل تلوث الأغشية أو الترسيب إلى مرحلة حادة، فإنه يحذرنا من خلال علامات تشير إلى أن الاهتمام والتصرف في الوقت المناسب في مثل هذه المواقف يمكن أن يزيد من فرص استعادة الأغشية ومنع حدوث ضرر لا يمكن إصلاحه للأغشية. ولهذا السبب من المهم اكتشاف ومنع تكون الأوساخ قبل ظهور الأعراض في بيانات المراقبة وظروف أداء النظام. يتم فحص بعض هذه الأعراض أدناه.
الروائح النفاذة والعفن
يعد إطلاق الروائح الكريهة والنفاذة علامة على النمو البيولوجي على الأغشية. إذا كانت هناك معالجة مسبقة مثل مرشحات الكربون قبل نظام معالجة المياه الصناعية، فقد تتشكل الحمأة على سطح المرشح. أيضًا، إذا قمت بفتح الأبواب في نهاية البرشروسيل، يمكنك رؤية العلامات المرئية والرائحة الكريهة للحشف الحيوي. ويمكن استخدام بعض أنواع المبيدات الحيوية أو المنظفات القلوية للسيطرة على هذه الحالات.
تراكم على طول حواف الأغشية
إذا لاحظت تكوين جزيئات صلبة على حواف مدخل أو مخرج الغشاء، فقد يكون ذلك علامة مبكرة على حدوث قاذورات على الغشاء. في بعض الأحيان، تبدأ المواد الصلبة والعناصر مثل طمي الصدأ أو الجزيئات الصلبة البلورية بالتجمع في نهاية أخدود الغشاء، مما قد يكون علامة على التصاق المخلفات بالأغشية. إذا رأيت هذا النوع من التراكم، تأكد من اتخاذ الخطوات اللازمة لتنظيفه وتعديل نظام المعالجة المسبقة.
طرق الوقاية من تلوث الأغشية
عندما نرى علامات تلوث الأغشية على بيانات أداء النظام، فإن السؤال الذي يطرح نفسه هو كيفية منع المشاكل والأضرار التي لحقت بالأغشية؟ في بعض الأحيان يكون تلوث الأغشية قابلاً للعكس ويمكننا استعادة أداء النظام باستخدام طرق الغسيل الكيميائي. ولكن هذا ليس هو الحال دائمًا وقد تصبح الأوساخ غير قابلة للإصلاح مع مرور الوقت والشيخوخة. لهذا السبب، من الأفضل اتخاذ تدابير وقائية لمنع أو تقليل تلوث الأغشية في المقام الأول. كما ينبغي اتخاذ الإجراءات اللازمة في الوقت المناسب لغسل الأوساخ. أدناه، بعض التدابير الوقائية الشائعة لمنع تلوث الأغشية . قمنا بإيجاز
استخدام المعالجة المناسبة
تحتوي أغشية RO/NF على مسام أصغر من أغشية MF/UF، وبالتالي، فإنها تتطلب أنواعًا مختلفة من أنظمة المعالجة المسبقة لمنع تلوث الغشاء أو مشاكل أخرى. تعمل عمليات المعالجة المسبقة هذه معًا على تقليل الملوثات الموجودة في مياه التغذية وتضمن مستوى المياه التي تدخل النظام.
يمكن أن تشمل خيارات المعالجة المسبقة ما يلي:
- عمليات التلبد
- الترسيب (الترسيب الجاذبية)
- الترشيح متعدد الوسائط (MMF) والتخثر في وجود الجزيئات الغروية
- عملية غشاء UF/MF
- الكربون المنشط الحبيبي (GAC) لإزالة الكلور أو المواد العضوية
- ثنائي كبريتيت الصوديوم لإزالة الكلور المتبقي
- تعديل الرقم الهيدروجيني للمساعدة في منع الترسبات (إذا لزم الأمر)
- مضاد للتكلس لمنع تشتت الحجم والجسيمات على سطح الغشاء
تصحيح أخطاء تصميم النظام
من الأفضل أن يتم منع تلوث الأغشية من خلال الهندسة والتصميم الصحيحين والمبدئيين. تؤثر العديد من المتغيرات على تلوث الأغشية وتساهم في الأداء السليم لنظام الترشيح الغشائي. يجب على مصمم نظام معالجة المياه الصناعية أن يكون حذرًا في اختيار المعدات ومعلمات التشغيل مثل تدفق الغشاء ونسبة الاسترداد بحيث يكون أداء النظام وتقليل تلوث الغشاء في الظروف المثالية.
تحسين وتعديل ظروف التشغيل
يمكن أن يتفاقم تلوث الغشاء بنطاق معين من درجات الحرارة ودرجة الحموضة وضغط التشغيل ومعدل التدفق. يقوم النظام المصمم جيدًا بموازنة هذه المتغيرات لضمان عدم تراكم المخلفات على سطح الغشاء.
ونظرًا لتعقيد هذه العوامل، فمن الأفضل غالبًا استشارة أخصائي معالجة المياه لإجراء تقييم كامل لمتطلبات العملية وظروفها. يمكن للخبير إجراء دراسات قابلية المعالجة، وتشريح الأغشية، والاختبار التجريبي لتحديد حل الفصل المثالي الذي يقلل من تلوث الغشاء.
التنظيف الكيميائي (CIP) للأغشية في الوقت الذهبي
يمكن لبرنامج التنظيف المنهجي أن يساعد في منع تراكم الشوائب على الغشاء. يجب أن تتم دورات التنظيف في الوقت المناسب، وهو ما نشير إليه بالوقت الذهبي، حتى تكون أكثر فعالية. لهذا، من الضروري تطبيع بيانات أداء النظام وتحديد الوقت الذهبي للتنظيف المكاني (CIP) من خلال مخططات التطبيع. قد تختلف استراتيجيات تنظيف الغشاء اعتمادًا على تصميم نظام الترشيح الغشائي وأنواع الملوثات المعنية، ويمكن استخدام طريقة تنظيف واحدة أو أكثر.